糖坊梁特长隧道施工反坡排水方案研究.pdf

公 路 隧道 2 0 1 5年 第 4期 ( 总 第 9 2期 ) 糖坊梁特 长隧道施工反坡排水方案研 究 张兆杰 田志宇 田尚志 王维嘉 ( 四川省交通运输厅 公路 规划 勘察设计研究 院成都6 1 0 0 4 1 ) 摘 要 本文以巴中至万源高速公路糖坊梁特长隧道为研究对象， 根据隧道的线型， 地质和涌水量情况提 出了一套 完整的适用 于隧道施工反坡排水 的处理方案 ， 并对排水 设备相关 参数进行 了计算 ， 研究 结果可 为类似工 程的设计提供参考。 关键 词 特长隧道施工排水反坡排水排水系统 1 工 程 概 况 巴中至万 源高 速 公路 糖 坊 梁 隧道 为特 长 隧道 ， 其起讫桩号、 隧道长度及纵 断面线形详见表 1 。隧 道采用进出 口双向掘进施工。隧道 自进 口至出口为 连续下坡 ， 故隧道进 口工区需进行反坡施工， 洞内施 工排 水 为反坡 排水 。 表 l 糖坊梁隧道设计情况表 线 位 起止桩号 隧道长度／ m 坡度／ 左 线 Z K2 2 5 +9 9 7 ～Z K 2 2 9 +2 6 7 3 2 7 O 一1 ． 5 2 右线 K2 2 5 一 _ 9 9 3 ～K2 2 9 一 - 2 8 2 3 2 8 9 一1 ． 5 O 隧址 区位于大 巴山弧形构造带南侧 ， 构造带 由 一 系列大致呈走 向延伸， 线性分布 ， 轴 向 Nw～S E 展布的褶 曲组成。区内发育有 以复式向斜 ， 地质构 造 复杂 。隧址 区地 层 岩 性 以砂 岩 、 泥 岩 、 页岩 、 泥 灰 岩 、 白云质灰 岩为 主 。隧道纵 断面 如图 1所示 。 由于隧址区受构造影响严重， 岩体破碎， 形成密 集 节理 含水带 和导 水带 ， 加之 隧道穿 越岩 溶地层 ， 隧 道开挖可能发生集中涌水。本隧道正常涌水量为 3 6 2 1 r n 。 ／ d ， 最 大涌水 量为 7 2 4 2 m。 ／ , J 。 2总体排水方案 洞 内反坡排水必须采用水泵抽水， 并根据距离、 坡度、 水量、 设备和施工组织布置管路 ， 一次或分段 1 8 接 力将水 排 出洞外 。 建议采取移动泵站和固定泵站相结合的排水方 案 ， 如 图 2所示 。 图 1糖 坊 梁 隧 道 纵 断 面 图 ① 隧道 内根据 开挖 长度 ， 逐级设 置 固定集 水坑 ； 掌子面开挖临时集水坑 ， 并在掌子 面和上一级 固定 集水坑之间设置移动水仓 。 ②施工掌子面积水汇集 到附近的临时集水坑 内， 采用小型移动式潜污泵将临时集水坑 内积水直 接 抽到 移动水 仓 内 ， 再 由较 大 型水 泵 将 移 动水 仓 内 水 抽至 附近 的 固定 集水 坑 内 。 ③其余已施工地段隧道渗 ( 涌) 水经隧道内侧沟 自然汇集到集水坑 内。 ④各级集水坑 内集水由固定泵站将积水经排水 管路抽排至上一级 固定泵站内， 如此接力， 最终将洞 内积水 抽排 至洞外 ， 最 后经 污水处 理池 处理后 排 放 。 图 2 排水 系统方案图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张 兆杰等 糖 坊 梁特 长隧道 施 工反坡排 水 方案研 究 3 排水 系统设计 3 ． 1 集 水坑 ①反 向施工 的 隧道 应 设 置 集 水 坑 ， 集 水 坑 的纵 向间距一般为 3 0 0 5 0 0 m， 可利用隧道附属洞室或 横通道位置设置 。 ②掌 子 面 附近应 设置 一小 型 临时集 水 坑 。 ③集水坑容积应按 实际排水量确定 ， 且应设在 对施工干扰较小的位置。临时集水坑容量可按该段 5 mi n的最 大涌 水 量加 上施 工 用 水 量 ( 每 工作 面 2 0 ～ 3 0 1T l 。 ／ d ) 合计确定 ， 本 隧道临时集 水坑容积可取 2 5 m 。 。 3 ． 2 移 动 泵站 在掌子面后部 5 O ～7 0 1 -1 1_ 处设置一个铁皮箱加 工的移动水仓 ， 并 配备水泵作为移动泵站 。移动水 仓 和水 泵应 安装 为 整体 ， 随 着 掌 子 面 的前 进 向前 推 移 。 3 ． 3 固定 泵站 设置水仓和排水泵站时应根据排水所需管路核 定井身净空 ， 确保施工安全。工区水量较小时 ， 可利 用拓展隧道附属洞室或横通道设置水仓和泵站 ； 工 区水量 较大 时 ， 宜设 置巷 道式 ( 或 迂 回导坑 式 ) 水 仓 。 水仓 的设计应符合下列要求 ： ①水仓必须 由相互 间不渗漏 的主水仓 、 副水仓 组成， 当一个水仓进行 清理时 ， 另一水仓 能正常使 用 。 ②水仓进水 口应设 沉淀池 、 拦 污栅栏及供清理 人 员上 下 的爬梯 。 ③水仓应设水位监测设置， 应经常保持不小 于 总容量 5 O 的空仓容量 。 ④水仓地板高程必须满足水泵允许 吸上真空高 度的要求， 最低点应设积水窝 。 ⑤隧道排水系统建成并 发挥作用后 ， 水仓应 以 不影 响隧道主体结构安全和使用功能的方式进行回 填 。 ⑥ 泵房 应设 置 防水 安全 门 。 3 ． 4水泵选 型 原则 ①排水能力应按最 大涌水量考虑 ， 宜选用大流 量 、 低扬程水泵 ， 设备可分 阶段投入。 ②水泵选型时 ， 除考虑到需排 出的水量外 ， 还应 考 虑到 排 水 的成 分 组 成 。隧 道 排 水 主 要 为 隧 道 渗 ( 涌) 水 ， 同时需考虑到施工用水 。洞内水质 的成分 除地下水本身外 ， 主要还有岩石、 石屑 、 泥浆等成分 ， 同时还有喷射混凝土 的回弹物掺杂物。因此 ， 水泵 应 选用 渣浆 泵或 潜 污泵 。本 隧道 可选用 2 5 O W Q 6 O O 一 3 0 —9 0型 污水 泵 ， 其 流 量 6 0 0 m。 ／ h ， 扬程 3 0 m， 功率 9 0 k W 。 ③考虑到在管理 、 操作维修上的方便 ， 固定泵站 布置时宜采取相邻泵站 间所需 水泵扬程相 近的方 式， 以便选用型号相 同的水泵 ， 各泵站只是在设备数 量 上 不 同。 ④掌子面移动水泵 ， 采用较轻便 的潜水泵 ， 施工 中根 据水 量大 小在数 量 上予 以增 减 。本 隧道 掌子 面 移动 水泵 可选 用 WQL 一1 O 一7 ． 5型潜 水 泵 ， 排 水 能 力为 1 0 0 m。 ／ h ， 数量 根据 掌子 面 的水 量 配备 。 ⑤洞 内水 量是 逐 段 递 增 ， 在 各级 泵站 的水 泵 选 型上 ， 应按照排水能力递增原则 自下而上递增选配。 3 ． 5 管路 ①工作 管 路 的能 力 应 满 足 在 2 0 h内排 除 工 区 2 4 h正 常涌 水 量 ； 预 期 可 能 出现 较 大 涌 水 、 突 水 的 工区应设置备用管路 ， 备用管路的能力不小于工作 管路 能力 。 ②正式排水 管必须连接牢固， 避免漏水 。考 虑 到排水管所受的 自重及水的压力和重力 ， 正式排水 管应使用无缝钢管 ， 每节钢管下设置基座， 采用焊接 连接 牢 固 。 ③移动式水泵采用消防软管与钢管管路连接。 临时排水管路根据实际情况选用 。 ④管路上均需设置减压阀， 以防止发生水锤现 象， 造成电泵损坏。 3 ． 6 应 急排 水 系统 ①每个泵站的设备 宜按照“ 一使 用一备用一检 修” 的原则配备， 以有效应对隧道涌突水 。 ②所有的正常使用 、 备用 、 检修水泵均要配备相 应 的独立 管路 。 ③高压供水管和高压风管经过泵站时均应设置 阀门和接 口， 以作为涌突水时的应急管路。即高压 供水管和高压风管在每个泵站处设置 阀门和接 口， 与安装在泵站处的水泵接通 ， 正常情 况下打开进水 阀并关闭排水 阀。涌突水时则把进水 闸阀关闭， 截 断高压供水 ， 再打开排水阀进行应急抽排。 3 ． 7 配 电 ①配电应能同时开动工作水泵和备用水泵。 ②为 防止停 电影 响 洞 内排 水 作 业 ， 应 配 置 满 足 施工需要的发 电机作为备用电源， 与变电站构成两 套完整的双回路供电电源 ， 一路外供电， 另一路 自发 电 。 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路 隧道 2 0 1 5年 第 4期 ( 总第 9 2期) 3 ． 8污 水处 理 ①施工期间 ， 隧道洞外排水 系统一般与隧道永 久排水系统合并设置， 但应加设油污处理池、 符合水 体保护要求的多级固体污物过滤沉淀池等简易施工 污水处理设施 ， 达到当地水体保护标准后方可排放 。 ②处理后 的水尽量用于喷洒道路。沉淀池内淤 泥 用 吸泥泵抽 出后 集 中晾 干 ， 而后 运 至 弃碴 场 内统 一 堆弃 。 3 ． 9洞外 防水 、 防汛及 防 山洪措施 ①应在隧道洞 口处做好排水措施， 做到排水畅 通 。 ②为防止洞外水倒灌进洞 ， 在洞 口应设置一道 截 水横 沟 ， 并 在 沟顶加 上盖板 ， 做 到排水 和行 车互不 影 响 。 4 设备选型计算 4 ． 1 水仓容 量计 算 水仓的有效容量应能容纳 1 5 rai n的工 区预测 最大涌水量 ， 并考虑施工和清淤方便综合确定 。 本 隧道 最 大涌 水量 为 7 2 4 2 m。 ／ d ， 则水 仓有 效 容量应 ≥7 2 4 2 ／ 2 4 ／ 6 0 1 5 —7 5 ． 4 m。 ／ d 。根 据 隧道 施 工 条件选定 水仓 尺寸 为长 宽 高 一1 3 I T I 3 m 2 m， 水仓容 量 为 7 8 r i l 。 ／ d 。 4 ． 2泵站 级数计 算 泵 站级 数可 计算 为 _ 、L X Z 一 厶 — 式 中 ： m—— 泵站级 数 ； L —— 各段反坡抽水长度 ； z ～一 各段排水坡度； H—— 水 泵扬程 ， 取水 泵扬 程为 3 0 m。 r —— 压力 折减 系数 ， 取 0 ． 5 。 经计算得 研一1 ． 7 ， 即施工中需设 2级泵站。 4 ． 3水泵 配置 施工排水必须配置工作水泵和备用水泵 。工作 水泵 的能力应 满 足在 2 0 h排 除 工 区 2 4 h正 常 涌水 量； 备用水泵 的能力不小于工作水泵能力 。 抽水机数量可计算为 一 ： 一 Q2 4刀 2 O 式 中 ： N—— 抽水 机数量 ； —— 洞 内正常涌 水量 ； Q —— 抽 水机 流量 ， Q一6 0 0 m。 ／ h ； 1 广流量折减系数 ， 取 叼 一0 ． 8 5 。 经计算得 N一0 ． 7 ， 取每级泵站需设工作水泵 1 台 。 5 其他注意事项 ①加强富水段的超前地质 预测预报和水量监 测 ， 严格 按 照设计要 求做 好 富水段 的注 浆堵水 施工 ， 做 到 限量排放 。 ②为确保洞内道路无水干爽 ， 必须修建好两侧 排水沟， 确保洞内渗水通过侧沟引入集水坑内， 防止 在 洞 内道路 上漫 流 。 ③洞内水沟必须保证排水通畅 ， 水仓及排水管 道要定期进行清淤及清理 ， 确保排水设备及管道运 转 正 常 。 ④加强抽水设备 的维修保养 ， 备用抽水机必须 保养完好， 在其他抽水设备出现故障时 ， 保证能及时 投 入使 用 。 ⑤应做好停电时的应急排水准备工作。 ⑥建立必要的逃生系统 。在掌子面及隧道内设 置应 急灯 ， 两应 急灯 间 的距 离不 应 超 过 5 0 m。在 隧 道 内作业区放置救生衣、 救生囤 ， 并保持隧道内通信 畅通 。在涌水事件发生时 ， 及时上报指挥部应急预 案领导 小组 ， 启动 突发 事件 的应 急预案 ， 做 到 以人 为 本、 兼顾财物， 力争把损失降到最低限度。 6 结 语 随着经济发展需要 以及隧道施工技术的不断提 高， 特长隧道也越来越多。其 中， 大量的隧道采用单 项 坡 的设计 ， 且特 长 隧道往往 具有 水文 、 地质 条件 复 杂的特点 ， 较容易出现大规模 的涌水。因此 ， 一套完 善的反坡施工排水方案至关重要 。特长隧道的反坡 施工排水的成功与 否将成为隧道建设 的控 制性 因 素 。 结合巴中至万源高速公路糖坊梁工程的建设条 件， 本文对隧道施工 中的反坡排水技术提出了处理 对策 ， 制订了安全 、 经济、 高效和环保的隧道施工反 坡排水方案 ， 可为建设环境类似的工程提供参考 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m